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化学那点事

 roseforgreat 2016-09-18

无忌,你有九阳神功护体,学什么武功都特别快,太极拳只重其意,不重其招,你忘记所有的招式,就练成太极拳了。

你记住了没有?

 

没记住。

这套叫什么拳。

不知道。

你老爸叫什么?

我忘记了。

好,你只要记住把这两混蛋打残废就行。

上面电影中的精彩片段,大家都很熟悉,包含的哲里,首先要有九阳神功护体,才能立于不败之地,学生在高考中,在未来走向社会之后,可能忘记了中学所学的知识,但是中学学到的分析问题,解决问题的方法,实验探究能力等将终身受用。其次有了九阳神功护体,学东西特别快,支撑了学生在未来人生道路上的学习能力,获取信息能力,并与已有知识块进行整合,从而解决高考及人生中面临的各种问题(两混蛋被打残废---高考、未来人生中的困难)。

一、氧化还原反应复习课中守恒思想、矛盾统一性思想的渗透

我以前一直瞎想,从来没写出来过,最近读了几本书,看了几篇文章,有想写的冲动,我将本人在教学中的一些体会,加上近期的思考,整理如下:

记得2004年,我第一届带高复班,那时安徽是估分填志愿,班级里有很多学生达到一本留下来再复读一年的(我校高复本市第一),很多学生的化学成绩很好,学生在上课的时候也在考验老师,带他们复习到氧化还原反应的时候,课上到一半,看见有少数同学自己在搞自己的,我就想要搞个难题目来整一下,我马上在黑板上写了一个反应:3BrF3 5H2O→HBrO3 Br2 9HF O2要求两点:一是用双线桥表示出该氧化还原反应,二是若5mol水作还原剂,被水还原的BrF3的物质的量,现在回个头来想一想,这两个题目其实考查到了学生的分析问题的能力,及从复杂的情境中获取信息与已有知识块整合,储存解决问题的能力。上面的题中,陷阱很多,BrF3既有被氧化的,也有被还原的,而我问的是被还原的物质的量,水在该反应中既有作还原剂的,5mol中有2mol作还原剂,还有3mol化合价不变,我问的是5mol水作还原剂时被水还原的BrF3的物质的量。可想而知,学生正确解答的可能性很小。如果作为氧化还原反应的新授课肯定是不合适的,若再来用这个题目我准备设计以下过程:

三氟化溴溶于水可发生如下反应:3BrF3 5H2O→HBrO3 Br2 9HF O2

1)其中发生自身氧化还原反应的物质是______

2)当有5.0mol水参加反应时,由水还原的BrF3的物质的量为______,由BrF3还原的BrF3的物质的量为______

3)当有5.0mol水作还原剂参加化学反应时,由水还原的BrF3的物质的量为______,由BrF3还原的BrF3的物质的量为______

4)当有5.0mol水未参加氧化还原反应时,由水还原的BrF3的物质的量为______,由BrF3还原的BrF3的物质的量为______

设计的习题层层推进,符合学生的认知规律,培养学生获取信息的能力及分析问题和解决问题的能力,让学生体会氧化和还原,得到和失去,这对矛盾体始终同时存在,而且得到的电子和失去的电子相等,反应前和反应后,原子的个数,元素的种类不变——重要的守恒思想。

二、电化学教学中学生学以致用思想的培养

电化学教学中我一直在思考如何教好这一节课,在课程设计中,仍然更多的是关注知识的传授,而在实际设计的课例还是涉及到了学生能力的培养。

I、若是高一年级新授课,我会拿出一节干电池,在黑板上画出一个初中物理中学过的简易电路图,让学生自己去找正级负极,电子的流向。【在左图中标出正极负极,电子的流向,正极发生什么反应?(填氧化还是还原,下同)负极发生什么反应?(对初中及生活中学过的知识复述的能力)若右图中指针发生偏转,观察右图标出与左图一样的内容,猜一猜阴阳离子如何移动?(学习能力,知识迁移能力,符合最近发展区)注:有图中黑色标识之外的均不留,需要让学生自己分析写出来                                              

(初中物理中已经学过电子从负极流出,流向正极)电子带负电荷,阴离子带负电,整个电路是闭合电路,所以阴离子移动与电子移动方向正好构成一个闭合电路。离子移动问题学生就不会弄错。接着可以给出学生一个情境,格林太太换了两个不一样的金属牙齿,之后经常头疼,同学们知道是什么原因吗?你能帮格林太太解决这个问题吗?【学生可以学以致用】

Ⅱ、高二选修课中再来学习原电池,两个烧杯,中间没有盐桥,相互之间我物质交换,电流计中指针不偏转,加上盐桥之后,电流计指针立即偏转…学生很容易弄明白为什么(离子移动,两烧杯中有物质交换),这时候我将U型管去掉了,准备将一根U型铜丝代替,让学生猜电流计指针会不会偏转,并解释原因。学生给出的答案是很显然不偏的,因为两个烧杯没有离子交换,当我换上铜丝之后,电流计指针明显偏了,给学生很大的冲击,课后我让他们阅读电解池,并思考原因。其实换成铜丝后,左边构成了一个吸氧腐蚀的原电池,对右边进行了电解。在这个过程中,我让学生猜想,并带着他们一起探究,让学生在思维碰撞中内化所学的知识,激起学生求知的欲望。

Ⅲ、若是高二学习电解池,将上述图形稍微变化一下,带学生分析离子移动方向,很明显阴离子向又移动(闭合电路问题),(天下熙熙皆为利来,天下攘攘皆为利往),带学生想一想离子移动的动机是什么?电子多的阴离子想失去电子,电子少的阳离子想得电子。几种阴离子都往一个阳极去,都会失去电子吗?(大家都到庙里去烧香,是不是每个人的愿望都能实现?)(学生很自然得能想到还原性强的先失去电子,很容易得出惰性阳极下离子的放电顺序问题。如果是活泼阳极很明显,阳极材料近水楼台先得月,阴离子来了也没机会。(让学生用生活中的经验,类比,迁移解决学科学习中的问题)

将电化学中原电池的(极)电解池的(极)这两个电极都是失去电子,发生(氧化反应),合并起来考虑,找到谐音【fu  yang   yang 】让学生联想到父亲都是充满阳刚之气的,都是很阳光的。

阳极放电顺序可总结如下:If电极是活泼阳极(含铜、银)阳极材料自己放电;

Else惰性电极,

Then还原性强的阴离子先放电,氯离子>氢氧根离子>含氧酸跟

关于电极方程式的书写,可以给学生以下答题模版:

第一、根据题意确定电极,写出部分反应物及生成物,

第二、再找得失电子守恒,根据氧化还原反应规律,补充没写出来的物质。

第三、再找电荷守恒(从试题中找,酸性两边都可加氢离子;碱性两边都可加氢氧根离子,若为中性只能在右边加氢离子或氢氧根离子。

第四、根据质量守恒补充完整的电极方程式。上面的答题模板同样适合于其他信息类离子方程式的书写,在化学与技术,化学知识综合中经常考查。

Ⅳ、在练好上面的神功基础上,再来看北京是高考第12题,首先让学生仔细分析实验一,根据已经学过的知识写出支撑下面现象的各电极反应方程式,然后给学生至少7分钟时间思考,反复读题,看学生能否将实验一中的原理迁移到实验二。从而得出正确答案。

(16年北京卷)12.用石墨电极完成下列电解实验。


实验一

实验二

装置

现象

a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化

两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……

下列对实验现象的解释或推测不合理的是

A.a、d处:2H2O 2e-=H2↑ 2OH-

B.b处:2Cl--2e-=Cl2

C.c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2

D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜

期望让学生得出类似的分析:( A、a、d处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢氧根离子剩余造成的,正确;B、b处变红,局部褪色,说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电,错误;C、c处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,故正确;D、实验一中ac形成电解池,db形成电解池,所以实验二中也相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极),m为电解池的阴极,另一球朝m的一面为阳极(n的背面),故相当于电镀,即m上有铜析出,正确。)

第三、化学实验教学中学生量变和质变的关系

我将化学实验分为两大类,功能模块实验和探究性实验,下面举两个离子来分析:

I、     功能模块实验:


必修一课本舍勒发现软锰矿与浓盐酸加热可以制取氯气为信息,从该信息中学生可以获取到以下信息:反应物:MnO2与HCl,生成物中有氯气,与已有知识模块整合,学生能写出该化学反应方程式, 4HCl() MnO2=== MnCl2 Cl2↑ 2H2O带学生设计实验,从该反应方程式式中可以看出,盐酸必须是浓度比较大的。若浓度变化较小,浓度还是很大,肯定还是发生上述反应,若浓度太小,该反应会停止,我一直也很好奇,如何设计一个实验证明该反应停止的时候盐酸的浓度,(另外在弄硝酸与被还原剂还原的时候,我非常好奇,到底是多大的浓度,硝酸被还原成二氧化氮,硝酸浓度多大的时候被还原为一氧化氮,这都要通过现代手持技术,通过实验去完成。类似问题还有,两种酸,两种金属在常温下会发生钝化反应,到底是浓度多大?一定要利用现代的科学技术,手持技术将这界限分清楚)培养学生的科学探究精神,让学生知其然,且知所以然。学生从课本中可以获取到氯气的密度,氯气有毒这些特点,让学生设计一个能生成并收集纯净氯气的实验装置图(分析问题比如氯气密度比空气密度大,氯气有毒,氯化氢易挥发,水会挥发,学生将获取的信息与已有知识块整合,可以解决这些问题,饱和食盐水可以吸收氯化氢气体,浓硫酸可以作干燥剂,有毒的氯气不能直接排到空气中,可以用氢氧化钠溶液吸收,期望学生能画出类似的实验装置图。【在实验中渗透绿色化学的理念,学以致用的思想】


通过类似的实验的分析,学生在功能模块实验这块的操作能力可以明显增强。

Ⅱ、探究实验:

今年上半年,我到本市另一所省示范高中听了一节高三复习的探究课《揭秘铁粉与氯水的反应>,该校实验设备完善,有很多数字实验的探头,老师一上来做了一个实验,镁条与新制氯水反应,可以明显看见大量气泡,接着取同样的新制氯水,加入铁粉,无气泡产生,但溶液颜色明显改变,老师引发:为什么后面的实验中观察不到气泡?是否发生了化学反应?【培养学生探究能力,保持对科学的好奇之心】根据溶液的颜色,学生很容易推测反应产生了三价铁离子,或亚铁离子,或两种离子都存在,用硫氰化钾学生检验出了三价铁离子的存在。老师让学生自己设计实验方案,证明了亚铁离子和三价铁离子都存在。现在问题又来了,为什么铁被氧化了,为什么没有气体呢?

猜想一:氢离子浓度太小?如何设计实验?

学生可以设计一个对照实验,利用手持技术配制与饱和氯水pH值相同的盐酸,该盐酸可以与铁粉反应产生氢气,从而可以证明不是因为氢离子浓度太小的原因。

猜想二:是因为新制氯水中HClO的氧化性太强?氢离子的氧化性弱,氢离子得电子的能力被边缘化?这时候老师带大家在网络资料中找到了,氢离子的电极电位为0.00V;氯气电位1.36V,次氯酸电位为1.63V,根据资料可以得出结论是因为氧化强的次氯酸在得到电子:根据氧化还原反应的规律,学生能写出反应:2Fe 3HClO 3HCl===2FeCl3 3H2O;此反应打破了Cl2 H2OHClO HCl的化学平衡,促进其平衡向右移动,将上述反应合并得:2Fe 3Cl2===2FeCl3而产生亚铁离子,是因为三价铁离子被过量的单质铁还原的原因。通过这节课,可以让学生了解并初步掌握时间化学实验研究的一般过程,掌握化学实验的基本方法,在解决简单化学问题的过程中,运用科学的方法,初步了解变化规律,并对化学现象做出科学合理的解释。整节课学生精神饱满,积极探究,认真实验,“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”通过这节课,科学的探究方法已深深植入学生的灵魂深处。

第四、有机化学教学中学生归纳和演绎的培养

其实有机化学的学习,更多的是向学生传授结构决定性质的思想,只要结构相似的,性质也就相似,学习代表性的有机物,演绎推理到一类有机物的共性中。

Ⅰ、在课本上学习本的同系物时,课本上给出的信息有甲苯可以使酸性高锰酸钾褪色这个信息,这时候我让学生思考,前面学过的烷烃、苯是否能被酸性高锰酸钾氧化(知识复述再现),为什么单个的烷烃中的烷烃基不能被氧化,苯也不能被氧化,而它们连在一起的时候就可以了呢?(取代基的相互影响问题)我直接给出了一下一个反应,期望学生掌握,但并没有说出来,而是让学生自己分析什么情况下苯环侧链能被酸性高锰酸钾氧化(培养学生观察能力,获取信息能力),通过观察可以分析出来,不管侧链有碳原子有几个,只要与苯环相连的第一碳原子上有H,就可以直接被氧化到羧基。(学生通过分析,直接内化为自己的知识)这时候我在给出一个问题,某苯的同系物C11H16不能被酸性高锰酸钾氧化,则它的结构简式为?(学生用已掌握的知识倒过来运用,可进一步巩固已经内化的知识。)

Ⅱ、在学习苯的同系物时,学生已经掌握了苯与浓的混酸反应,得到的产物一般是一硝基产物,但是甲苯与混酸反应时一般是三硝基产物(在甲基的邻位和对位),学生对上述知识容易形成思维定势,即甲苯与混酸反应时硝基出现在苯的邻位和对位,为了破除学生的思维定势,同时培养学生观察能力,我找了以下习题:

(1)  写出反应Ⅰ的反应方程式:               

(2)  B的结构简式:          

(3)  第Ⅱ步反应条件? 

本题中需要学生对信息提取,硝基可以在铁和盐酸存在下被还原为氨基,苯环上的甲基可被酸性高锰酸钾氧化为羧基,间氨基苯甲酸这个信息告诉了反应Ⅰ硝基取代甲基间位上的氢原子,而在信息2中给出的苯胺易被氧化决定了B的结构及第Ⅱ步的反应条件。通过这类习题,可以提高学生获取信息能力,并与已有知识块整合,进行知识的迁移,从而解决问题。

第五、电解质溶液中守恒思想渗透与应用

我们在弱电解质电离及盐类水解时,都要考虑到微弱的问题,仅仅是有极少数发生了电离,极少数发生了水解,这样才能分析离子浓度大小的关系。盐类水解时常分析碳酸钠水解受温度的影响:CO32- H2OHCO3- OH-这个过程是吸热的,在温度升高时,平衡正向移动,【设疑】溶液的PH值如何变化?溶液中氢氧根离子浓度增加,绝大多数同学甚至有很多资料(甚至北京高考卷中)都认为溶液的PH值是增大的,其实用PH传感器很溶液测出来,PH值是减小的。再让同学们来分析原因思维产生碰撞,到底是前面的理论分析错了,还是实验有问题?其实在温度升高的过程中很多人忽略了一个问题,那就是水的离子积常数也增大了。通过这个事例,我想告诉大家,能用现代仪器进行实验的,一定要亲自实验,而不要盲目的相信别人的结论。在不同的历史时期,在不同的实验条件下得出的结论不一定完全相同。

在碳酸跟离子水解的过程中,向学生传授的核心素养有守恒观念:任何溶液都是电中性的,阳离子带正电荷,阴离子带负电荷,电荷总数是相等的;溶液中重要的原子并没有改变,碳酸钠中钠离子的个数是碳原子个数的两倍,而碳原子存在于碳酸氢根离子,碳酸根离子,碳酸中;通过水解方程式,我们能看出溶液中的氢氧根离子来自于水的电离,水同时电离出的氢离子有部分以氢离子存在,有极少数与碳酸根离子结合了,有更少的与碳酸氢根离子结合,可以得出下面三个守恒的关系(当然最后一个守恒也可以有上面两个守恒代换获得):

在学习完上面的三个守恒关系之后,我将黑板上写的都擦去,然后写下:

已知:H2A=== HA- H                HA-  A2- H

请写出Na2A溶液中三个守恒问题:很多同学并没有认真读我写的题,直接将H2A=== HA- H 第一步电离默认为部分电离,将Na2A溶液完全当成了碳酸钠溶液的水解一样,经过跟踪研究,能认真审题,并最终做正确的,基本上考上了一本。【时时刻刻培养学生认真审题的能力,通过这个例子让学生将盐类水解常见的守恒问题内化为自己的知识】

高考考查到该题时,以向20ml某浓度的盐酸中滴加0.1mol/L的氨水为例,通常要注意以下几个点:a告诉了我们盐酸的浓度为0.1mol/L;

c点20ml刚好与盐酸反应,生成氯化铵溶液,存在物料守恒,铵根离子的物质的量加一水合氨的物质的量等于氯离子的物质的量;

PH等于7这个点,此时氨水的体积大于20ml,溶液中铵根离子浓度等于氯离子浓度

这三个关键点学生掌握了,处理这类习题难度大大降低。【本题中蕴含了定性和定量的思想,若学生能亲自实验,通过手持技术,自己去验证探究,操作实验,可以提升学生运用所学知识解释和表达化学探究能力,有利于培养其创新精神】

六、化学反应速率学习中注重内因与外因的关系

    化学反应速率是表示化学反应快慢的物理量,一个反应到底是快还是慢,决定因素是反应物自身的性质决定,这是内因。外因如浓度、压强、温度、催化剂等仅仅是能改变反应速率,具体怎么影响的在这不再赘述。由此我想到是学生的成绩,要想提高,最重要的是什么?老师?同学关系?校风?班风?等等,这些对成绩肯定有影响。但决定成绩好还是差的关键因素还是自身,自身的智商,自身的态度,自身的努力程度,自身的方法。人的智商在短时间内很难有重大改变,那么自己能想办法改变的,就剩下自身的努力,自身的方法。在成绩不理想时,要想办法改变,更多的是改变自己。另外在这提到催化剂,催化剂是参加反应,改变了反应的历程,从而改变反应速率(并不一定是加快)但其自身在反应前后质量及性质并没有改变。

七、化学平衡中控制变量的探究思想的应用

全国卷主要在化学反应原理综合题中考查,该题信息量很大,通常结合热化学,来考查外因对化学平衡影响问题,在考虑化学平衡受到外因影响时,都是假设改变了一个条件,而其他条件不变来进行讨论,这是一种重要的思考研究方法。在这章节我们会学习勒夏特列原理,简单解释就是,改变影响平衡的一个因素,平衡会向着削弱这种改变的方向移动,仅仅是削弱,不能抵制。(回忆一下,我们小时候,马上要吃饭了,自己在看电视。妈妈说:“把电视关了,准备吃饭”。我们会答,好的,等爸爸妈妈把饭菜都拿上桌子之后,大吼一声,有的人可能会眼睛盯着电视,慢慢的走向电视,手放在电源键上还要放一会再关掉电视)   

考查化学平衡常数问题时,一般要注意带入表达式进行计算的是平衡浓度,而不能是平衡物质的量,全国卷中曾用一个信息的形式给出,用平衡分压代替平衡浓度来求Kp,其实道理还是完全一致的。

八、元素周期律中体现结构决定性质的思想

     在元素周期表元素周期律学习中,通过归纳(课本上提供数据)以及常见物质的性质,比如IA族从上到下元素的原子半径逐渐增大,(想一想班主任在教室,班主任在学校,班主任在外地,这几种情况班级的纪律)失去电子的能力在逐渐增强,得出元素的金属性逐渐增加,单质的还原性逐渐增强。通过第ⅦA族分析,从上到下原子半径逐渐增强,原子得电子的能力逐渐增强,元素的非金属增强。而从左到右原子半径是逐渐减小,元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。【结构决定了性质,结构决定了位置,而性质是结构的反应】

学生首先熟悉元素周期表,在根据周期表编排规律,掌握“位”“构”“性”之间的关系,全国卷中本题常见推断不会超出“五金” “五非”,将课本上的探究金属性及非金属标准的实验让学生完成,将知识内化,学生解决此类习题问题不大。而且在未来学生能运用归纳和演绎,从一般到特殊,从结构决定性质,来学习其他知识,解决遇到人生中遇到的一些问题。

九、酸碱中和滴定等实验中培养学生定性与定量思想方法

定性与定量是化学研究中通常用到的两种思想方法。经常和学生开玩笑说,有没有干过坏事?这是定性。干了几次?这是定量问题。这两种方法从不同的深度和角度对事物进行研究,定性的思想,主要是从是否存在某种属性、存在程度的深浅或大小等角度进行初步确定;而定量的思想方法则在定性的基础上精确地对事物的属性进行深度的、量化的表达。如对酸酸碱溶液发生反应后溶液显酸性还是碱性?(定性)时最后溶液PH值的确定(定量),又如物质的溶解性的描述(氯化钠是缓升型;硝酸钾是陡升型,氢氧化钙的下降型?)都是从定性和定量两方面来对事物进行研究的。化学是一门以实验为基础研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的一门自然科学。实验是研究物质组成、结构、性质及其变化规律的基本方法。人们通过实验现象来探究事物的本质。要具体地认识某一物质,首先应考虑物质的组成,包括物质的元素组成、物质类别,再用化学实验去定量测定各成分的含量和分析物质结构。要充分利用教材中的几个定量实验(如一定物质的量浓度的配制、酸碱中和滴定、乙醇分子式和结构式的确定、硫酸铜晶体中结晶水含量的测定等)培养学生从定性到定量的思维习惯,结合误差分析,培养学生科学的学习态度和追求精细的科学精神。

在平常教学中我们多想,多让学生动脑,动手,精选习题让学生来训练。教会学生修炼神功,把两个混蛋打败指日可待!

 





 

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